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随着世界经济的发展各种高档建筑、异形建筑的数量逐渐增加，导致用于建筑的异形装饰产品的需求量日益增大。同时随着人们生活品质及审美观念的提高，人们对艺术雕刻品、家居装饰产品的需求迅速扩大。石材制品正在逐渐高品质化、异型化、艺术化、产品多样化、需求扩大化[1]，同时，石材艺术品、异形产品应用范围越来越广泛、市场需求量日益增加，消费者及市场对石材产品质量及美观性的要求逐渐增高，对加工工期的要求逐渐缩短[2-3]。必将引起异形石材加工设备的迅速发展，并促使其实现数控化、加工自动化、功能多样化甚至信息化、智能化。
由于异形石材产品拥有曲面及其他复杂的外形结构，若直接使用三轴或四轴机床进行加工，由于刀轴不能在空间位置旋转或旋转位姿有限，也就无法加工出想要的复杂曲面结构，达不到预期的加工效率及加工质量，更无法满足快速扩张的市场需求[4]。于是出现了五轴机床，其在三轴机床的基础上增加两个旋转轴或在四轴机床的基础上增加一个旋转轴，大大扩展刀轴在空间的旋转范围，使其能够根据产品外形结构特点实时调整刀轴方向，大大提高加工效率及加工质量，能够适应市场需求[5-6]。同时，五轴加工设备实现数控化、工自动化已在全球范围内进行。
1.1.1 五轴数控加工设备的分类与特点
理论上，加工复杂结构的工件，相对于工件而言，需要刀具至少有五个独立自由度。五轴数控加工设备的自由度组合分为如下类型[7]：（1）三个平动加两个转动；（2）两个平动加三个转动；（3）一个平动加四个转动；（4）五个转动。五轴数控加工设备较为常用的组合类型为第（1）种。五轴数控加工设备的结构类型分为立式、卧式、龙门式、桥式等。根据五轴数控加工设备各运动轴之间的关系，又可对其进行如下分类：
（1）刀具旋转：这种结构中刀具可绕两个相互正交的轴（如 X-Y、X-Z、Y-Z）转动，两个旋转轴中一个为主动轴另一个为从动轴，从动轴附属于主动轴并跟随主动轴的旋转而运动。根据由主到从的顺序，两个旋转轴的组合形式有A-B、A-C、B-C、B-A、C-A、C-B。其中，A、B、C 分别为绕 X、Y、Z 轴旋转的旋转轴。这类机床的特点是旋转机构的结构复杂、运动灵活、操作方便、适用于大型重量型工件加工，但其刚性较差。（2）工作台旋转：这种结构中工作台可绕两个相互正交的轴转动，同样存在主动轴、从动轴的关系，两个旋转轴的组合形式同刀具旋转型。这类机床的特点是旋转机构的结构较简单容易实现、刚性较大、适用于中量型工件加工。（3）刀具/工作台旋转：这种结构中工作台和刀具分别绕两个相互正交的轴转动，不存在主动轴、从动轴的关系，根据由工作台到刀具的顺序，两个旋转轴的组合形式同刀具旋转型。这类机床的特点界于刀具旋转型和工作台旋转型之间。
1.1.2 五轴数控加工的分类与特点
五轴数控加工分为以下方式：（1）刀具点接触式：此种方式加工中以点接触成型（如球头铣刀），其编程难度小、易于计算，可加工任意自由曲面。但在切削点处的速度接近于零，导致精度低、效率差。（2）刀具面接触式：此种方式加工中以面接触成型（如端面刀），其在切削点处的速度较高，进给量较大，故而精度高、效率高。但由于刀具形状及加工方式的限制，导致加工范围受限。（3）刀具线接触式：此种方式加工中以线接触成型（如圆盘锯），其在切削点处的速度较高，故而精度高。同时，以线接触成型有较高的加工效率。五轴数控加工不仅能实现刀具相对于工件进行任意位置移动，而且能够实现刀具轴向相对于工件在一定范围内进行任意方向转动，故而五轴数控加工的特点如下：
通过使用面接触成型或线接触成型方式，在切削点处提供较高的速度及较大进给量，从而保证较高的加工质量和效率；加工复杂曲面结构时，通过两个旋转轴的配合能够有效的避免刀具和工件之间的干涉现象；加工中心多采用五轴数控加工，能够扩展加工中心的加工能力，便于数控制造设备的集成化；五轴数控加工能够实现一次装夹完成多工序加工，有利于提高加工效率及保证不同曲面间的位置精度；通过旋转能够保证刀具相对于工件处于最佳的加工位置。